宋海龍，臧瑞，柴斌，史磊，趙曉健

（1.國網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司，寧夏銀川 750011；2.國網(wǎng)寧夏電力有限公司，寧夏銀川 750001；3.山東泰開自動化有限公司，山東泰安 271000）

0 引言

隨著國內(nèi)變電站、電廠、廠礦企業(yè)電力系統(tǒng)智能化的不斷推進(jìn)，各種無人值守變電站不斷增多，一體化電源系統(tǒng)作為變電站安全運行的核心組成部分，其數(shù)據(jù)信號采集及報警技術(shù)顯得越發(fā)重要[1-3]。由于一體化電源系統(tǒng)對穩(wěn)定性的要求不斷提升，數(shù)據(jù)信息集成、細(xì)節(jié)處理將成為低壓直流電源市場的主要競爭力[4-5]。特別是傳統(tǒng)一體化電源系統(tǒng)屏柜內(nèi)信號回路及引線分散性大，接點數(shù)量多，極易產(chǎn)生接線雜亂、錯誤及數(shù)據(jù)信息采集不準(zhǔn)確等問題，增大了變電站一體化電源系統(tǒng)的工程安裝及調(diào)試工作量，降低了系統(tǒng)維護(hù)及應(yīng)急處置效率，存在較大的現(xiàn)場作業(yè)安全隱患[6-8]。

1 現(xiàn)狀及問題分析

傳統(tǒng)一體化電源系統(tǒng)將低壓電源回路開關(guān)量、模擬量信號單獨接線，其數(shù)據(jù)采集及報警模塊主要包括電流（漏電流）監(jiān)測模塊、饋線報警監(jiān)測模塊和饋線狀態(tài)監(jiān)測模塊等部分[9-10]。其中，饋電回路電流（漏電流）信息是通過電流（漏電流）監(jiān)測模塊從電流傳感器“+”、“-”、“M”、“G”端口進(jìn)行采集，開關(guān)報警信息是通過饋線報警監(jiān)測模塊從開關(guān)報警接點“SD”端口進(jìn)行采集，開關(guān)狀態(tài)信息是通過饋線狀態(tài)監(jiān)測模塊從開關(guān)狀態(tài)接點“OF”端口進(jìn)行采集[11]。

由于一體化電源屏柜內(nèi)負(fù)載數(shù)量較大、回路較多，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及報警方式分散性較大、引線及接頭數(shù)量繁多，極易導(dǎo)致回路接線錯誤、數(shù)據(jù)信息采集不準(zhǔn)確等問題發(fā)生。主要表現(xiàn)在以下三個方面：

1）開關(guān)量采集方式如圖1 所示，每路開關(guān)均配置報警觸點和狀態(tài)觸點，將所有開關(guān)量一端觸點短接，作為采集公共端COM 引至一體化電源饋線檢測單元GND 端，而報警觸點、狀態(tài)觸點的另一端分別引至一體化電源饋線檢測單元開關(guān)量信息采集接點處。以21路開關(guān)為例，需引接至一體化電源饋線檢測單元43條引線。

圖1 傳統(tǒng)開關(guān)量采集方式

2）模擬量采集方式如圖2 所示，每路漏電流傳感器工作電源“+”、“-”、“G”可短接后引至一體化電源饋線檢測單元“+12 V”、“GND”、“-12 V”接點，而每路傳感器“M”端需分別引至一體化電源饋線檢測單元。以21路漏電流傳感器為例，需引接至一體化電源饋線檢測單元24條引線。

圖2 傳統(tǒng)模擬量采集方式

3）一體化電源饋線檢測單元接線方式如圖3所示，該檢測單元含64 路接點，可引接21 路開關(guān)、21 路漏電流傳感器，其中1-21 為開關(guān)量報警觸點，22-42 為開關(guān)量狀態(tài)觸點，43-63 為模擬量信息采集接點。

圖3 傳統(tǒng)一體化電源饋線檢測單元接線方式

從圖3可知，若1）、2）所描述的所有開關(guān)報警觸點、狀態(tài)觸點、傳感器模擬量采集接點均引至一體化電源饋線檢測單元，則21 路開關(guān)、21 路漏電流傳感器共需接67條引線，且需嚴(yán)格按照報警觸點、輔助觸點、模擬量采集接點的順序依次接線，在接線數(shù)量、接線規(guī)則方面都對接線工藝提出了較高的要求；同時，一體化電源饋線檢測單元安裝于屏柜頂部，距離開關(guān)、傳感器位置較遠(yuǎn)，引接線纜較長，每條引線長度平均在75 cm 左右，21 路饋線合計引線長度約5 025 cm，極易出現(xiàn)接線錯誤情況，不便于現(xiàn)場故障排查。

2 開發(fā)及應(yīng)用

2.1 產(chǎn)品開發(fā)

為了解決一體化電源系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及報警方式存在的弊端，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性、系統(tǒng)維護(hù)及應(yīng)急處置效率，急需提出一種新結(jié)構(gòu)、新方式解決以上問題。本文開發(fā)了一套基于一體化電源信號采集技術(shù)的集成轉(zhuǎn)接板，相較于傳統(tǒng)一體化電源系統(tǒng)采集方式，其運行可靠性、集成度和準(zhǔn)確性等方面均有顯著優(yōu)勢。

基于一體化電源信號采集技術(shù)的集成轉(zhuǎn)接板采用PCB 板，由電路板、接線端子、RJ45接口組成，線路板可根據(jù)不同需求模式進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計[12-13]。集成轉(zhuǎn)接板設(shè)計簡圖包括以下三種模式，如圖4所示。

圖4 集成轉(zhuǎn)接板設(shè)計簡圖

從圖4 可知，三種集成轉(zhuǎn)接板是根據(jù)不同需求模式對TJ-F/5.08-4P 接線端子、RJ45 接頭焊接點位置進(jìn)行調(diào)整，相應(yīng)的屏蔽雙絞線水晶頭均采用EIA/TIA 568B 線序標(biāo)準(zhǔn)連接，適用范圍及特點具體如下：

1）模式一：主要適用于一體化電源系統(tǒng)中饋出支路含電流數(shù)據(jù)采集或漏電流數(shù)據(jù)采集的情況。

2）模式二：主要適用于一體化電源系統(tǒng)中饋出支路不含電流數(shù)據(jù)采集或漏電流數(shù)據(jù)采集的情況。

3）模式三：主要適用于一體化電源系統(tǒng)中交流系統(tǒng)為抽出式結(jié)構(gòu)。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)

在工程應(yīng)用中，集成轉(zhuǎn)接板具有板卡體積小，節(jié)省安裝空間，安裝放置靈活，接線簡單，錯誤率低，柜內(nèi)配線清晰等特點。三種對應(yīng)的集成轉(zhuǎn)接板硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 集成轉(zhuǎn)接板硬件結(jié)構(gòu)

從圖5 可知，三種集成轉(zhuǎn)接板硬件結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，主要包括以下特點：

1）模式一，接線端子與RJ45接口位于電路板兩側(cè)，集成轉(zhuǎn)接板“+”、“-”、“M”、“G”端口具備插接功能，無需單獨接線，便于電流（漏電流）數(shù)據(jù)采集；

2）模式二，接線端子與RJ45接口位于電路板同側(cè)，兩排接線端子緊湊布置，集成轉(zhuǎn)接板“跳閘”、“輔助”端口便于開關(guān)報警及開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集；

3）模式三，接線端子與RJ45接口位于電路板同側(cè)，兩排接線端子分列布置，端子引線整齊不交叉，便于現(xiàn)場安裝布線。

2.3 裝配應(yīng)用

以模式一為例，基于一體化電源信號采集技術(shù)的集成轉(zhuǎn)接板可插接在傳感器“+”、“-”、“M”、“G”端口，與傳感器之間無需引線，如圖6所示。

圖6 集成轉(zhuǎn)接板裝配應(yīng)用

該裝配方式下，開關(guān)位于屏柜正面，傳感器與轉(zhuǎn)接板位于屏柜背面，將開關(guān)報警觸點、狀態(tài)觸點引至集成轉(zhuǎn)接板僅需4 條引線，以21 路開關(guān)、21路漏電流傳感器為例，共需接84條引線，且每條引線較短，長度平均在20 cm 左右，21路饋線合計引線長度約1 680 cm，引線總長度較傳統(tǒng)接線方式減少2/3 以上，接線不易出錯，故障排查方便，其采集數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)接板通過網(wǎng)線引至一體化電源饋線檢測單元。

從圖6可知，集成轉(zhuǎn)接版采取插接法，能夠有效避免模擬量信息采集接線，減少開關(guān)量信息接線長度，實現(xiàn)對采集接線的集成化處理，極大提高采樣信息的可靠性。

2.4 應(yīng)用案例

以一條直流饋線回路為例，模式一集成轉(zhuǎn)接板的信號處理方式如圖7 所示。從圖7 可知，集成轉(zhuǎn)接板在直流饋線回路信號處理中處于關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠?qū)︷侂娀芈冯娏鳎╇娏鳎┬畔?、開關(guān)報警信息、開關(guān)狀態(tài)信息等進(jìn)行采集、匯總及轉(zhuǎn)接處理。

圖7 饋線回路信號處理方式

1）電流（漏電流）傳感器一般放置于饋線開關(guān)下側(cè)，距離開關(guān)位置較近，傳感器“+”、“-”、“M”、“G”端口可與集成轉(zhuǎn)接板對應(yīng)采集端口進(jìn)行插接，無需單獨接線。

2）饋線開關(guān)報警接點“SD”和開關(guān)狀態(tài)接點“OF”可分別引至集成轉(zhuǎn)接板“跳閘”、“輔助”成對端口處，其接線較短，且易分辨。

3）RJ45 接口采用以太網(wǎng)方式，通過1 根超五類屏蔽雙絞線將饋線回路模擬量、開關(guān)量等數(shù)據(jù)信息送至TK-K-10直流饋線監(jiān)測模塊LAN1網(wǎng)口處，柜內(nèi)接線工藝更加美觀、大方。

4）直流饋線監(jiān)測模塊與一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)，從而實現(xiàn)對饋線回路遙信量、遙測量的實時信息傳輸和統(tǒng)一監(jiān)控管理[14]。

模式一至模式三集成轉(zhuǎn)接板實物接線示例如下：

1）圖8 為模式一實物接線圖，適用于低壓直流電源系統(tǒng)。開關(guān)位于屏柜正面，傳感器與轉(zhuǎn)接板位于屏柜背面，每一條直流饋線回路配置1 個傳感器，集成轉(zhuǎn)接板在傳感器下側(cè)插接至“+”、“-”、“M”、“G”端口，開關(guān)量觸點接至轉(zhuǎn)接板時只需較短引線，整體效果良好，配線清晰，線束整齊、美觀。

圖8 模式一饋線回路接線實物

2）圖9 為模式二實物接線圖，適用于交流UPS 不間斷電源系統(tǒng)。開關(guān)位于屏柜正面，轉(zhuǎn)接板位于屏柜背面，未配置傳感器，為避免轉(zhuǎn)接板焊接點與金屬接觸，將開關(guān)安裝板設(shè)計為“C”字形，將無焊點部分固定在C型安裝板上，開關(guān)報警觸點、狀態(tài)觸點從上側(cè)引接至集成轉(zhuǎn)接板采集端口，并通過網(wǎng)線將采集信息傳輸至一體化電源饋線檢測單元，接線效果良好，配線清晰。

圖9 模式二饋線回路接線實物

3）模式三與模式二實物接線類似，適用于抽出式結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)，區(qū)別在于匹配不同結(jié)構(gòu)的屏柜，此處不再贅述。

3 效果評價

1）基于一體化電源信號采集技術(shù)的集成轉(zhuǎn)接板體積小，節(jié)省安裝空間，安裝放置靈活，信號、數(shù)據(jù)采集接線短且少，每一條支路對應(yīng)1 個轉(zhuǎn)接板和1 根屏蔽雙絞線，便于線纜糾錯及現(xiàn)場維護(hù)。

2）集成化轉(zhuǎn)接板的信號處理方式，使屏柜內(nèi)接線簡單，配線清晰，接線工藝整齊美觀，減少了變電站一體化電源系統(tǒng)安裝、調(diào)試及消缺工作量，提高了系統(tǒng)維護(hù)及應(yīng)急處置效率。

3）集成轉(zhuǎn)接板的工程應(yīng)用，極大降低了接線錯誤、數(shù)據(jù)信息采集不準(zhǔn)確等問題，滿足了變電站數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性的要求，提高了一體化電源系統(tǒng)運行的安全可靠性。

4 結(jié)論

1）集成轉(zhuǎn)接板將模擬量、開關(guān)量信號進(jìn)行采集、匯總和轉(zhuǎn)接處理，將負(fù)載運行狀態(tài)信息送至直流饋線監(jiān)測模塊，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)及報警信息的集中統(tǒng)一處理。屏柜內(nèi)剩余空間較大，接線整齊美觀，減少了一體化電源系統(tǒng)安裝、調(diào)試及消缺工作量。當(dāng)直流饋線回路發(fā)生異常時，能夠快速故障定位，及時發(fā)現(xiàn)并消除隱患問題，充分保障了設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

2）與傳統(tǒng)分散性單獨接線的方式相比，集成轉(zhuǎn)接板信息處理方式具有更強的集成度及實用性，數(shù)據(jù)采集及報警引線長度較短，接線簡單不易出錯，滿足了變電站數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性的要求，其工程設(shè)計及應(yīng)用可為全國變電站一體化電源信號采集及轉(zhuǎn)接設(shè)計提供參考，具有較大的應(yīng)用推廣范圍。